KR20180117824A - 무선 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 장치 및 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 무선 통신 장치는 안테나를 이용하여 발진하는 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터의 동작 영역을 송신 모드 또는 수신 모드에 따라 변경할 수 있다.

Description

무선 통신 장치 및 방법{WIRELESS COMMUNICATION DEVICE AND METHOD}
이하, 무선 통신 기술이 제공된다.
무선 송수신기는 발진 주파수를 원하는 범위에서 변화시킬 수 있는 발진기를 이용하여 동작할 수 있다. 이를테면, 발진기에는 커패시터와 인덕터의 조합으로 구현되며, 제어 전압에 따라 발진 회로의 커패시터의 커패시턴스가 변화 함으로써 발진 주파수가 변화하는 아날로그형의 LC 전압 제어 발진기가 이용될 수 있다.
최근에는 의료 분야 등에 있어서 송수신기의 소형화가 요구되면서, RF(Radio Frequency) 매칭 등에 연관되는 외부 소자를 최소화하고, RC 칩 내에서도 RF 블록의 개수와 각각의 블록이 차지하는 영역의 크기가 최소화될 필요가 있다.
일 실시예에 따른 무선 통신 장치는 안테나(antenna); 상기 안테나에 의해 결정되는 발진 주파수(oscillation frequency)에 대응하는 발진 신호(oscillation signal)를 상기 안테나를 이용하여 생성하는 발진기 회로(oscillator circuit); 및 인가 신호(enable signal)에 응답하여, 바이어스 신호를 조절함으로써 상기 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 동작 영역을 변경하는 바이어스 생성기 회로(bias generator circuit)를 포함할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 수신 모드 동안 제1 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가하고, 송신 모드 동안 상기 제1 바이어스 전압과 다른 제2 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 상기 송신 모드의 전이 상태 구간(transient state interval) 동안 상기 제1 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가하고, 상기 전이 상태 구간이 경과한 후의 정상 상태 구간(steady state interval) 동안 상기 제2 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 지연된 송신 대상 신호에 응답하여, 상기 제2 바이어스 전압을 상기 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터의 게이트 노드에 인가할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 상기 제2 바이어스 전압의 크기를, 출력 신호의 공통 모드 전압, 상기 출력 신호의 차동 전압, 및 트랜지스터의 임계값에 기초하여 결정할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 상기 제1 바이어스 전압의 크기를, 출력 신호의 공통 모드 전압에 기초하여 결정할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 송신 모드 동안, 상기 안테나에 흐르는 전류가 기본 주파수(fundamental frequency)을 가지도록 상기 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터를 포화 영역에서 동작시킬 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 상기 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터가 깊은 선형 영역(deep triode region)에서 동작하는 것을 방지할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 제2 바이어스 전압의 평균값이 트랜지스터의 드레인 전압의 평균값보다 크도록 상기 바이어스 신호를 결정하여, 상기 바이어스 신호를 상기 발진기 회로로 공급할 수 있다.
상기 바이어스 생성기 회로는, 상기 발진기 회로에 포함된 상기 트랜지스터의 게이트 노드에 상기 바이어스 신호를 인가할 수 있다.
상기 안테나는, 커패시터(capacitor) 및 인덕터(inductor)를 포함할 수 있다.
상기 커패시터는, 커패시턴스 값이 가변 가능한 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다.
상기 발진기 회로는, 송신 대상 신호를 송신할 때마다 전이 상태 구간(transient state interval) 동안 제1 바이어스 전압에 기초하여 동작하고, 정상 상태 구간(steady state interval) 동안 제2 바이어스 전압에 기초하여 동작할 수 있다.
상기 무선 통신 장치는, 송신 모드 진입에 응답하여, 상기 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 소스 노드에 커패시터를 연결시키는 송신 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 발진기 회로는, 서로 연결된 2개의 트랜지스터, 상기 2개의 트랜지스터들 중 하나의 트랜지스터의 게이트 노드와 다른 트랜지스터의 드레인 노드 사이에 연결되는 커패시터, 및 상기 2개의 트랜지스터들 중 하나의 트랜지스터의 게이트 노드와 다른 트랜지스터의 게이트 노드 사이에 연결되는 저항을 포함하는 트랜지스터 페어를 포함할 수 있다.
상기 발진기 회로는, 저항 및 커패시터를 통해 발진 가능하도록 상호 연결된 2개의 엔모스 트랜지스터(NMOS transistor)로 구성되는 제1 트랜지스터 페어; 및 저항 및 커패시터를 통해 발진 가능하도록 상호 연결된 2개의 피모스 트랜지스터(PMOS transistor)로 구성되는 제2 트랜지스터 페어를 포함할 수 있다.
상기 무선 통신 장치는, 송신 모드 진입에 응답하여, 송신 대상 신호를 지연(delay)시킴으로써 생성된 상기 지연된 송신 대상 신호를 바이어스 생성기 회로로 제공하는 지연 회로(delay circuit)를 더 포함할 수 있다.
상기 무선 통신 장치는, 송신 대상 신호에 응답하여, 상기 안테나의 양단을 스위칭하는 공진 스위치(resonance switch); 및 상기 송신 대상 신호에 응답하여, 상기 발진기 회로로의 전류 흐름을 스위칭하는 전류원 스위치(current source switch)를 더 포함할 수 있다.
상기 무선 통신 장치는, 송신 모드 동안 상기 송신 대상 신호에 기초하여 상기 공진 스위치 및 상기 전류원 스위치를 제어하고, 수신 모드 동안 퀀칭 클럭 신호(quenching clock signal)에 기초하여 상기 공진 스위치 및 상기 전류원 스위치를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 통신 방법은, 인가 신호에 응답하여, 바이어스 신호를 조절함으로써 안테나와 연결된 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 동작 영역을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 동작 영역에서 동작하는 트랜지스터를 포함하는 발진기 회로가 상기 안테나에 의해 결정되는 발진 주파수에 대응하는 발진 신호를 상기 안테나를 이용하여 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치에 포함되는 발진기 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 회로도를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 무선 통신 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
도 9는 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 회로도를 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
무선 통신 장치(100)는 안테나(110) 및 발진기 회로(120)를 포함한다.
안테나(110)는 외부로 신호를 송신하거나, 외부로부터 신호를 수신하는 소자 또는 회로이다. 예를 들어, 안테나(110)는 하나 이상의 커패시터 및 하나 이상의 인덕터를 포함할 수 있다. 커패시터는 커패시턴스가 가변 가능한 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. 안테나(110)는 커패시터 및 인덕터에 의해 결정되는 공진 주파수와 유사한 주파수를 가지는 신호를 송신하거나 수신하는 회로일 수 있다. 공진 주파수는 하기 발진기 회로(120)의 발진 주파수에 대응할 수 있다.
발진기 회로(120)는 발진 신호를 생성하는 회로이다. 예를 들어, 발진기 회로(120)는 안테나(110)에 의해 결정되는 발진 주파수(oscillation frequency)를 가지는 발진 신호(oscillation signal)를 안테나(110)를 이용하여 생성할 수 있다. 무선 통신 장치(100)는 발진기에 의해 생성된 발진 신호를 이용하여 외부로 송신할 데이터 신호를 생성하거나, 외부로부터 데이터 신호를 수신할 수 있다. 본 명세서에서 발진기 회로(120)는 설명의 편의를 위하여 발진기라고 표현할 수 있다.
일 실시예에 따른 발진기 회로(120)는 안테나(110)를 발진기 회로(120)의 공진 인덕터로써 사용할 수 있다. 단일 발진기 회로(120)는 송신시 파워 발진기(Power Oscillator)로서 동작할 수 있고, 수신시 초재생 발진기(SRO, Super regenerative Oscillator)로서 동작할 수 있다. 따라서, 발진기 회로(120)는 최소화된 폼 팩터 내에서, 큰 전력 다루는 출력단 및 작은 입력 전력을 다루는 수신단의 동작을 모두 수행할 수 있다.
바이어스 생성기 회로(130)는 바이어스 신호를 생성하여 인가하는 회로이다. 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(130)는 인가 신호(enable signal)(131)에 응답하여, 바이어스 신호를 조절함으로써 발진기 회로(120)에 포함되는 트랜지스터 또는 증폭기가 동작하는 영역을 변경할 수 있다. 이하의 설명에서는, 공급되는 바이어스 신호에 따라 트랜지스터의 동작 영역이 변경되는 실시예에 대해 기재되나, 이는 다른 실시예의 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아니고, 트랜지스터 또는 다른 전자소자로 구현되는 증폭기 전체 회로가 동작 영역을 변경하는 실시예에도 그대로 적용될 수 있을 것이다.
인가 신호(131)는 무선 통신 장치(100)의 동작 모드 및 동작 속도 중 적어도 하나에 따라 결정되는 신호로서, 예를 들어, 송신 모드를 지시하는 신호 및 수신 모드를 지시하는 신호를 포함할 수 있다. 인가 신호(131)가 결정되는 과정에 관한 자세한 설명은 이하에서 기재될 것이다.
바이어스 신호는 발진기 회로(120)를 구성하는 트랜지스터에 인가되는 신호를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 바이어스 신호는 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 포함할 수 있다. 바이어스 신호는 트랜지스터가 동작하는 클래스에 따라 달라질 수 있다.
트랜지스터의 동작 영역은 신호가 가해지지 않은 정적상태(quiescent state)의 동작점(operating point)의 위치에 의해 분류될 수 있다. 일 실시예에 따르면 트랜지스터의 동작 영역은, 트랜지스터에 인가되는 바이어스 신호의 바이어스 전압 및 바이어스 전류 중 하나 이상에 의해 결정될 수 있다. 트랜지스터의 동작 영역은 예를 들어, 트랜지스터로 입력된 신호의 전체 위상(예를 들어, 360도) 중 증폭 가능한 위상 부분에 따라 A 클래스(Class A), AB 클래스(Class AB), B 클래스(Class B), 및 C 클래스(Class C) 등으로 분류될 수 있다.
트랜지스터가 A 클래스에서 동작하는 경우, 트랜지스터는 0도 내지 360도 위상 전부에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다. 예를 들어, A 클래스에서 동작하는 트랜지스터는 입력되는 신호의 크기와 무관하게 증폭율이 일정한, 선형증폭기 회로로서 동작할 수 있다.
트랜지스터가 AB 클래스에서 동작하는 경우, 트랜지스터의 증폭 가능한 위상은 0도 내지 180도(예를 들어, B 클래스) 보다는 넓지만 0도 내지 360도(예를 들어, A 클래스)보다는 좁을 수 있다. 예를 들어, AB 클래스에서 동작하는 트랜지스터는 A 클래스와 B 클래스 사이의 동작점에서 동작하는 트랜지스터일 수 있다.
트랜지스터가 B 클래스에서 동작하는 경우, 트랜지스터는 0도 내지 180도 위상에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다. 예를 들어, B 클래스에서 동작하는 트랜지스터는 동작점이 증폭 특성의 임계 전압(Vth) 부근에 위치하는 트랜지스터일 수 있다. B 클래스의 트랜지스터는 교류신호가 0 이 되는 동작점(예를 들어, 정적상태)에서는 전류 흐름이 방지함으로, B 클래스의 트랜지스터의 전력 효율은 극대화될 수 있다.
트랜지스터가 C 클래스에서 동작하는 경우, 트랜지스터는 0도 내지 180도보다 좁은 위상에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다. 예를 들어, C 클래스에서 동작하는 트랜지스터는 동작점이 증폭 특성의 임계값(Vth) 보다 더 낮은 전압인 트랜지스터일 수 있다. C 클래스에서 동작하는 트랜지스터는 입력된 신호의 파형의 대부분에 대해서는 증폭을 배제하고, 일부분만 증폭할 수 있다. C 클래스의 트랜지스터는 증폭 효율은 높으나 파형의 왜곡이 발생할 수 있다. C 클래스로 발진기 회로(120)가 동작하는 경우, 발진기 회로(120)의 전력 소모 대비 출력이 개선될 수 있고, 위상잡음도 개선될 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 통신 장치(100)의 발진기 회로(120)는 수신 모드에서는 A 클래스, B 클래스 및 AB 클래스 중 하나로 동작함으로써, RF 이득을 확보할 수 있다. 또한, 무선 통신 장치(100)는 송신 모드에서는 C 클래스로 동작함으로써, 송신 모드에서도 높은 전력 효율로 동작할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(100)가 수신 모드인 경우, 안테나(110)를 통해 입력되는 작은 크기의 외부 신호에 발진기 회로(120)가 반응할 수 있다. 무선 통신 장치(100)가 송신 모드인 경우, 발진기 회로(120)는 적은 전력으로 고효율로 신호를 증폭하여 외부로 전송하면서도, 무선 통신 장치(100)의 면적이 최소화될 수 있다. 이와 같이 무선 통신 장치(100)는 발진기 회로(120)의 구조 및 발진기 회로(120)를 구성하는 트랜지스터의 동작 영역을 변경함으로써 신호를 송수신하는데 소요되는 전력소모를 최소화할 수 있다.
이러한 무선 통신 장치(100)는 RF 집적 회로(IC, Integrated Circuit), 작은 폼 팩터(Small form factor)를 가지는 무선 송수신기 (Wireless Transceiver), 저전력 송신기(Low Power Transmitter), 사물 인터넷(IoT, Internet of thing), 의료 임플란트 통신 시스템(MICS, Medical Implant communications system) 등의 분야에 활용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
무선 통신 장치(200)는 안테나(110), 발진기 회로(120), 및 바이어스 생성기 회로(130)에 더하여, 송신 경로 회로(240), 및 수신 경로 회로(250)를 더 포함할 수 있다.
안테나(110)는 커패시터(CRES) 및 인덕터(LRES)를 포함한다. 커패시터(CRES)는 예를 들어, 커패시턴스 값이 가변 가능한 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. 발진기 회로(120)의 발진 주파수는 커패시터(CRES)의 커패시턴스 값 및 인덕터(LRES)의 인덕턴스 값에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 발진기 회로(120)의 발진 주파수는
Figure pat00001
일 수 있다. fosc에 대응하는 각 주파수는 wo라고 나타낼 수 있다.
바이어스 생성기 회로(130)는 바이어스 전압 생성기(231) 및 바이어스 전류 생성기(232)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2에서 바이어스 전압 생성기(231) 및 바이어스 전류 생성기(232)는 서로 구분되는 블럭으로 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니고 하나의 바이어스 생성기 회로(130)가 바이어스 전압(VBIAS) 및 바이어스 전류(IBIAS)를 생성하여, 생성된 바이어스 전압(VBIAS) 및 바이어스 전류(IBIAS)를 발진기 회로(120)로 제공할 수도 있다.
도 2에서 바이어스 생성기 회로(130)는, 송신 인가 신호(TXEN)에 기초하여 바이어스 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(130)는 송신 인가 신호(TXEN)가 로우(low)(예를 들어, 0)인 경우에 응답하여, 제1 바이어스 전압(VA) 및 수신 바이어스 전류(IRX)를 발진기 회로(120)로 공급할 수 있다. 다른 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(130)는 송신 인가 신호(TXEN)가 하이(high)(예를 들어, 1)인 경우에 응답하여, 제2 바이어스 전압(VC) 및 송신 바이어스 전류(ITX)를 발진기 회로(120)로 공급할 수 있다.
본 명세서에서 하이(high)의 값을 가지는 송신 인가 신호(TXEN)는 무선 통신 장치(200)가 외부로 신호(209)를 송신하는 송신 모드를 지시할 수 있고, 로우(low)의 값을 가지는 송신 인가 신호(TXEN)는 무선 통신 장치(200)가 외부로부터 신호(209)를 수신하는 수신 모드를 지시할 수 있다.
예를 들어, 제1 바이어스 전압(VA)은 발진기 회로(120)의 트랜지스터를 A 클래스에서 동작시키는 바이어스 전압을 나타낼 수 있고, 제2 바이어스 전압(VC)은 발진기 회로(120)의 트랜지스터를 C 클래스에서 동작시키는 바이어스 전압을 나타낼 수 있다. 수신 바이어스 전류(IRX)는 수신 모드 동안 발진기 회로(120)로부터 접지로 흐르는 전류를 나타낼 수 있고, 송신 바이어스 전류(ITX)는 송신 모드 동안 발진기 회로(120)로부터 접지로 흐르는 전류를 나타낼 수 있다.
송신 경로 회로(240)는 무선 통신 장치(200)가 송신 모드로 동작하는 동안 활성화되는 회로로서, 무선 통신 장치(200)가 외부로 신호(209)를 송신하기 위해 활성화하는 회로를 나타낼 수 있다. 송신 경로 회로(240)는 송신 모드(예를 들어, 송신 인가 신호(TXEN)가 하이인 경우)에서 송신 대상 신호(VDATA)(241)에 기초하여 공진 스위치(249) 및 전류원 스위치(248)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 송신 경로 회로(240)는 수신 모드 동안 퀀칭 클럭 신호(quenching clock signal)(QWGCLK)(242)에 기초하여 공진 스위치(249) 및 전류원 스위치(248)를 제어할 수 있다. 또한, 송신 경로 회로(240)를 통해 입력된 송신 대상 신호(VDATA)(241)를, 발진기 회로(120)가 발진 주파수로 고주파 변환할 수 있다. 발진 주파수에 대응하는 신호 성분의 크기가 클 수록 외부로 전송되는 신호의 크기가 개선되는 바, 발진기 회로(120)는 클래스 C로 동작함으로써, 발진 주파수 성분(예를 들어, 기본 주파수에 대응하는 성분)을 보다 크게 증폭하면서, DC to RF 전력 효율을 개선할 수 있다.
따라서, 송신 경로 회로(240)가 송신 대상 신호(VDATA)(241)가 유효한 구간(예를 들어, 데이터가 존재하는 구간) 동안, 공진 스위치(249)를 개방(open)하고 전류원 스위치(248)를 닫음(close)으로써, 발진기 회로(120)는 안테나(110)를 이용하여 발진할 수 있다. 반대로 송신 경로 회로(240)가 송신 대상 신호(VDATA)(241)가 유효하지 않은 구간(예를 들어, 데이터가 없는 구간) 동안, 공진 스위치(249)를 닫고(close) 전류원 스위치(248)를 개방(open)함으로써, 발진기 회로(120)의 발진을 차단하여 전력 소모를 방지할 수 있다.
송신 경로 회로(240)는 무선 통신 장치(200)가 수신 모드인 동안에는 송신 대상 신호(VDATA)(241)를 배제하고, 퀀칭 클럭 신호(QWGCLK)(242)에 기초하여 공진 스위치(249) 및 전류원 스위치(248)를 스위칭할 수 있다. 송신 경로 회로(240)는 퀀칭 클럭 신호(QWGCLK)(242)가 유효한 구간 동안 공진 스위치(249)를 개방하고 전류원 스위치(248)를 닫을 수 있다. 또한, 송신 경로 회로(240)는 퀀칭 클럭 신호(QWGCLK)(242)가 유효하지 않은 구간 동안 공진 스위치(249)를 닫고 전류원 스위치(248)를 개방할 수 있다.
전류원 스위치(248)는 전류 제어 신호(VIQWG)에 따라 발진기 회로(120)의 전류 흐름을 스위칭할 수 있다. 전류원 스위치(248)는 송신 대상 신호(VDATA)에 응답하여, 발진기 회로(120)로의 전류 흐름을 스위칭할 수 있다. 공진 스위치(249)는 전압 제어 신호(VVQWG)에 따라 안테나(110) 회로 및 발진기 회로(120)의 발진 또는 공진을 스위칭할 수 있다. 공진 스위치(249)는 송신 대상 신호(VDATA)에 응답하여, 안테나(110)의 양단을 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 전압 제어 신호(VVQWG)는 전류 제어 신호(VIQWG)가 인버스(inverse)된 신호일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전류 제어 신호(VIQWG)는 송신 모드인 경우에는 송신 대상 신호 (VDATA) (241)일 수 있고, 수신 모드인 경우에는 퀀칭 클럭 신호(QWGCLK)(242)일 수 있다.
수신 경로 회로(250)는 무선 통신 장치(200)가 수신 모드로 동작하는 동안 활성화되는 회로로서, 무선 통신 장치(200)가 외부로부터 신호(209)를 수신하기 위해 활성화하는 회로를 나타낼 수 있다. 수신 경로 회로(250)가 활성화되는 경우, 발진기 회로(120)는 외부로부터 수신된 작은 RF 신호를 크게 증폭하기 위해, 클래스 A로 동작할 수 있다. 또한, 퀀칭 클럭 신호 (QWGCLK)(242)에 기초하여 발진기 회로(120)가 동작함으로써, 무선 통신 장치(200)는 RF로 변조된 외부로부터 수신된 신호를 퀀칭(quenching)함으로써 수신 감도 및 응답 시간을 개선할 수 있다. 예를 들어, 퀀칭 클럭 신호 (QWGCLK)(242)에 기초하여 동작하는 발진기 회로(120)는, 외부로부터 발진 주파수와 유사한 주파수를 가지는 신호(209)의 수신에 응답하여 발진을 시작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 수신 경로 회로(250)는, 외부로부터 수신한 신호(209)의 포락선(envelope)을 검출하는 포락선 검출기(ED, Envelope Detector) 및 검출된 포락선을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog Digital Converter) 등을 포함할 수 있다. 수신 모드에서, 무선 통신 장치(200)는 안테나(110), 발진기 회로(120), 및 수신 경로 회로(250)를 통해 신호(209)를 수신할 수 있고, 초재생 수신기(SRR, super-regenerative receiver)로서 동작할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
예를 들어, 도 3은 도 2에 도시된 무선 통신 장치가 송신 모드로 진입한 경우의 동작에 관한 타이밍도(300)를 설명한다. 송신 인가 신호(TXEN)가 하이로 인가되면, 무선 통신 장치는 송신 대상 신호(VDATA)에 기초하여 전류 제어 신호(VIQWG) 및 전압 제어 신호(VVQWG)를 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 송신 대상 신호(VDATA)가 하이인 구간에서는 발진이 발생(예를 들어, 도 3에서는 OSC ON으로 도시됨)할 수 있고, 로우인 구간에서는 발진이 중단(예를 들어, 도 3에서는 OSC OFF로 도시됨)할 수 있다. 전류 제어 신호(VIQWG)는 송신 대상 신호(VDATA)와 동일할 수 있고, 전압 제어 신호(VVQWG)는 송신 대상 신호(VDATA)가 인버스된 신호일 수 있다.
아울러, 송신 인가 신호(TXEN)가 로우인 상태(예를 들어, 수신 모드)에서는 무선 통신 장치의 바이어스 생성기 회로는 제1 바이어스 전압(VA)을 생성할 수 있고, 송신 인가 신호(TXEN)가 하이인 상태(예를 들어, 송신 모드)에서는 무선 통신 장치의 바이어스 생성기 회로는 제2 바이어스 전압(VC)를 생성할 수 있다. 따라서 무선 통신 장치는 수신 모드에서 발진기 회로의 트랜지스터를 A 클래스로 동작시킬 수 있고, 송신 모드에서 트랜지스터를 C 클래스로 동작시킬 수 있다. 다만, 수신 모드에서의 트랜지스터의 동작 영역을 상술한 바로 한정하는 것은 아니고, 수신 모드의 무선 통신 장치는 A 클래스, B 클래스, 및 AB 클래스 중 하나로 발진기 회로의 트랜지스터를 동작시킬 수 있다.
전이 상태 구간(t1)은 발진기 회로를 스타트업하는데 소요되는 시간을 나타낼 수 있다. 스타트업은 발진기 회로가 발진하기 위한 준비 동작을 나타낼 수 있다. 이후, 무선 통신 장치는 정상 상태 구간(t2) 동안은 정상적인 크기로 외부로 송신되는 신호를 생성할 수 있다. 높은 전력효율 및 높은 데이터율이 요구되는 환경에서는 전이 상태 구간(t1)이 최소화되는 기술이 요구된다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 무선 통신 장치(400)의 안테나(110), 발진기 회로(120), 바이어스 생성기 회로(130), 및 수신 경로 회로(250)는 도 2에 도시된 무선 통신 장치(200)의 안테나(110), 발진기 회로(120), 바이어스 생성기 회로(130), 및 수신 경로 회로(250)와 유사하게 구현될 수 있다.
무선 통신 장치(400)의 송신 경로 회로(440)는 도 2와 유사하게 송신 인가 신호(TXEN)가 하이인 경우에는 송신 대상 신호(VDATA)(441)를 이용할 수 있고, 송신 인가 신호(TXEN)가 로우인 경우에는 퀀칭 클럭 신호 (QWGCLK) (442)를 이용할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(400)는 송신 대상 신호(VDATA)(441) 또는 퀀칭 클럭 신호(QWGCLK)(442)를 이용하여, 도 2에서 상술한 바와 유사하게 전류원 스위치(448) 및 공진 스위치(449)를 제어할 수 있다.
또한, 송신 경로 회로(440)는 지연 회로(443)를 더 포함할 수 있다. 지연 회로(delay circuit)(443)는 송신 모드 진입에 응답하여, 송신 대상 신호 (VDATA)(441)를 지연(delay)시킴으로써 생성된 지연된 송신 대상 신호 (VDATA_D)를 바이어스 생성기 회로(130)로 제공할 수 있다. 지연 회로(443)는 송신 모드인 경우에 송신 대상 신호(VDATA)(441)를 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00002
)만큼 지연하여 송신 대상 신호(VDATA _D)를 생성할 수 있다.
바이어스 생성기 회로(130)는 지연된 송신 대상 신호(VDATA _D)에 응답하여, 바이어스 신호(VBIAS, IBIAS)를 생성 및 발진기 회로로 제공할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(130)의 바이어스 전압 생성기(231)는 지연된 송신 대상 신호(VDATA_D)에 응답하여, 제2 바이어스 전압(VC)을 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터의 게이트 노드에 인가할 수 있다. 따라서, 바이어스 전압 생성기(231)는 송신 인가 신호(TXEN)가 인가된 후 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00003
) 동안은 제1 바이어스 전압(VA)을 발진기 회로(120)로 제공할 수 있고, 송신 인가 신호(TXEN)가 인가된 시점부터 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00004
)이 경과한 후에는 제2 바이어스 전압(VC)을 발진기 회로(120)로 제공할 수 있다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
예를 들어, 도 5는 도 4에 도시된 무선 통신 장치가 송신 모드에 진입하면서 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00005
) 동안 지연하여 생성한 지연된 송신 대상 신호(VDATA _D)를 이용하여 발진기 회로의 바이어스 전압(VBIAS)을 제어하는 타이밍도(500)를 설명한다.
우선, 무선 통신 장치는 전류 제어 신호(VIQWG)를 송신 대상 신호(VDATA)와 동일한 타이밍으로 생성할 수 있고, 전압 제어 신호(VVQWG)는 송신 대상 신호(VDATA)가 반전된 신호로 생성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 통신 장치는 지연된 송신 대상 신호(VDATA _D)를 생성할 수 있고, 지연된 송신 대상 신호(VDATA _D)에 따라 바이어스 전압(VBIAS)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치는 지연된 송신 대상 신호(VDATA_D)가 로우 상태(low state)인 동안 제1 바이어스 전압(VA)을 바이어스 전압(VBIAS)으로서 발진기 회로에 인가할 수 있다. 이후, 지연된 송신 대상 신호(VDATA_D)가 하이 상태(high state)로 변경되면, 무선 통신 장치는 제2 바이어스 전압(VC)을 바이어스 전압(VBIAS)로서 발진기 회로에 인가할 수 있다. 지연된 송신 대상 신호(VDATA_D)는 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00006
)만큼 지연된 신호인 바, 발진기 회로의 트랜지스터는 송신 모드 진입 후 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00007
) 동안 AB 클래스로 동작할 수 있다. 다만, AB 클래스로 한정하는 것은 아니고, A 클래스 또는 B 클래스 일 수도 있다. 이후, 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00008
)이 경과한 후에는 발진기 회로의 트랜지스터가 C 클래스로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면 바이어스 생성기 회로는, 송신 모드에서 전이 상태 구간(transient state interval)(t'1) 동안 제1 바이어스 전압(VA)을 트랜지스터에 인가하고, 전이 상태 구간(t'1)이 경과한 후의 정상 상태 구간(steady state interval)(t'2) 동안 제2 바이어스 전압(VC)을 트랜지스터에 인가할 수 있다. 따라서, 발진기 회로는 송신 대상 신호를 송신할 때마다 전이 상태 구간(transient state interval)(t'1) 동안 제1 바이어스 전압(VA)에 기초하여 AB 클래스로 동작하고, 정상 상태 구간(steady state interval)(t'2) 동안 제2 바이어스 전압(VC)에 기초하여 C 클래스로 동작할 수 있다.
무선 통신 장치에 포함된 발진기 회로의 트랜지스터는 전이 상태 구간(t'1) 동안 스타트업할 수 있고, 발진기 회로는 정상 상태 구간(t'2) 동안 정상적인 크기(normal amplitude)로 외부로 송신되는 신호를 생성하도록 동작할 수 있다. 무선 통신 장치는 지연 회로를 통해 발진기 회로의 트랜지스터에 인가되는 바이어스 전압(VBIAS)을 도 5에 도시된 바와 같이 송신 모드 동안 동적으로 조절함으로써, 스타트업에 소요되는 전이 상태 구간(t'1)을 도 3에서의 전이 상태 구간(t1)보다 감축할 수 있다. 무선 통신 장치는 전이 상태 구간(t'1)의 감소를 통해 빠른 스타트업(510)을 구현하고, 송신 전력의 고효율을 구현할 수 있다.
또한, 무선 통신 장치는 전류 제어 신호(VIQWG) 및 전압 제어 신호(VVQWG)를 통해 송신 대상 신호(VDATA)가 로우가 되는 순간에 외부로 송신되는 신호의 발진을 안정적으로 종료함으로써 발진의 래깅(lagging)(520)을 제거할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치에 포함되는 발진기 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 안테나(110)와 연결되어 발진하는 발진기 회로(120)의 절반 구성(half circuit)을 도시하는 도면이다. 안테나(110)는 서로 병렬로 연결된 인덕터(LRES) 및 커패시터(CRES)를 포함할 수 있다.
발진기 회로(120)는 서로 연결된 2개의 트랜지스터로 구성되는 트랜지스터 페어를 포함할 수 있다. 또한, 트랜지스터 페어는 2개의 트랜지스터들 중 하나의 트랜지스터(예를 들어, M2)의 게이트 노드와 다른 트랜지스터의 드레인 노드 사이에 연결되는 커패시터(COSC), 및 2개의 트랜지스터들 중 하나의 트랜지스터(예를 들어, M2)의 게이트 노드와 다른 트랜지스터의 게이트 노드 사이에 연결되는 저항(ROSC)을 포함할 수 있다. 도 6에 도시되지는 않았지만, 발진기 회로(120)에 포함되는 트랜지스터(예를 들어, M2)가 깊은 선형 영역에서 동작하는 경우, 트랜지스터의 드레인과 소스 사이 영역(121)에는 드레인 노드 및 소스 노드 간의 저항으로서 RON이 존재할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 회로도를 도시한 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 무선 통신 장치의 회로도를 도시한 도면이다. 안테나(110)는 인덕터(LRES)(711) 및 커패시터(712)를 포함할 수 있다. 커패시터는 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. 커패시터 뱅크는 제어 코드에 의해 커패시턴스 값이 제어될 수 있다.
발진기 회로는 2개의 트랜지스터 페어(721, 722)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발진기 회로는, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 트랜지스터 페어(721) 및 제2 트랜지스터 페어(722)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터 페어는 부성저항 발생기 회로(negative resistance generator circuit)로서 동작할 수 있고, 예를 들어, 교차 연결 페어 (Cross-Connected Pair)로 구성될 수 있다. 트랜지스터 페어의 트렌지스터의 게이트 노드에 인가되는 전압은, 엔모스 트랜지스터의 경우 출력 신호의 공통 모드 전압 보다 낮게 설정될 수 있고, 피모스 트랜지스터의 경우 높게 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1 트랜지스터 페어(721)는 저항 및 커패시터를 통해 발진 가능하도록 상호 연결된 2개의 엔모스 트랜지스터(NMOS transistor)(M2, M3)로 구성될 수 있다. 제1 트랜지스터 페어(721)는 바이어스 신호(VBIASN)를 수신하여, 바이어스 신호(VBIASN)의 전압에 대응하는 영역에서 동작할 수 있다. 바이어스 신호(VBIASN)의 전압은 송신 모드에서 제2 바이어스 전압(VC)으로 결정될 수 있고, 수신 모드에서는 제1 바이어스 전압(VA)로 결정될 수 있다. 예시적인 바이어스 생성기 회로(130)에 도시된 것처럼, 바이어스 신호(VBIASN)는 무선 통신 장치의 동작 모드 및 동작 속도에 따라 결정되는 멀티플렉서(MUX: Multiplexer)의 출력 신호(예를 들면, VA 또는 VC)일 수 있다. 바이어스 생성기 회로(130)는, 수신 모드 동안 제1 바이어스 전압(VA)을 트랜지스터(M2, M3)에 인가하고, 송신 모드 동안 제1 바이어스 전압(VA)과 다른 제2 바이어스 전압(VC)을 트랜지스터(M2, M3)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터 페어(721)에 대한 제2 바이어스 전압(VC)은 제1 바이어스 전압(VA)보다 낮을 수 있다.
제2 트랜지스터 페어(722)는 저항 및 커패시터를 통해 발진 가능하도록 상호 연결된 2개의 피모스 트랜지스터(PMOS transistor)(M4, M5)로 구성될 수 있다. 제2 트랜지스터 페어(722)는 바이어스 신호(VBIASP)를 수신하여, 바이어스 신호(VBIASP)의 전압에 대응하는 영역에서 동작할 수 있다. 바이어스 신호(VBIASP)의 전압은 송신 모드에서 제2 바이어스 전압(VPC)으로 결정될 수 있고, 수신 모드에서는 제1 바이어스 전압(VPA)로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 바이어스 생성기 회로(130)에 도시된 것과 같이 바이어스 신호(VBIASP)는 무선 통신 장치의 동작 모드 및 동작 속도에 따라 결정되는 멀티플렉서의 출력 신호(예를 들면, VPA 또는 VPC)일 수 있다. 또한, 제2 트랜지스터 페어(722)에 대하여, 무선 통신 장치는 공급 전원(VDD)을 공급할 수도 있다. 바이어스 생성기 회로(130)는, 수신 모드 동안 제1 바이어스 전압(VPA)을 트랜지스터(M4, M5)에 인가하고, 송신 모드 동안 제1 바이어스 전압(VPA)과 다른 제2 바이어스 전압(VPC)을 트랜지스터(M4, M5)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 제2 트랜지스터 페어(722)에 대한 제2 바이어스 전압(VPC)은 제1 바이어스 전압(VPA)보다 높을 수 있다.
수신 모드에 있어서, 바이어스 생성기 회로(130)는 제1 바이어스 전압의 크기를, 출력 신호의 공통 모드 전압에 기초하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(130)는 제1 바이어스 전압의 크기가 출력 신호의 공통 모드 전압과 동일하거나 유사한 전압 크기를 가지도록, 제1 바이어스 전압을 결정할 수 있다. 따라서, 발진기 회로(120)는 공통 모드 전압과 동일한 전압을 공급받을 수 있다. 수신 모드인 경우, 바이어스 생성기 회로(130)는 제1 트랜지스터 페어(721)에 대한 바이어스 신호(VBIASN)의 제1 바이어스 전압(VA)을
Figure pat00009
로 결정할 수 있다. 수신 모드인 경우, 바이어스 생성기 회로(130)는 제2 트랜지스터 페어(722)에 대한 바이어스 신호(VBIASP)의 제1 바이어스 전압(VPA)를
Figure pat00010
로 결정할 수 있다.
송신 모드에 있어서, 바이어스 생성기 회로(130)는 제1 트랜지스터 페어(721)에 대한 바이어스 신호(VBIASN)의 제2 바이어스 전압(VC)의 크기를, 출력 신호의 공통 모드 전압(VCM), 출력 신호의 차동 전압(AT), 및 트랜지스터의 임계값(VTHN)에 기초하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(130)는
Figure pat00011
로 제1 트랜지스터 페어(721)에 대한 제2 바이어스 전압(VC)의 크기를 결정할 수 있다. 여기서, AT는 출력되는 진폭의 크기로서 Voutp-Voutn일 수 있다. 바이어스 생성기(130)는 제1 트랜지스터 페어(721)에 대한 제2 바이어스 전압(VC)을 상술한 수식에 기초하여 결정함으로써, 발진기 회로(120)의 엔모스 트랜지스터를 포화 영역에서 동작시킬 수 있다.
또한, 바이어스 생성기 회로(130)는 제2 트랜지스터 페어(722)에 대한 바이어스 신호(VBIANSP)의 제2 바이어스 전압(VPC)의 크기를 출력 신호의 공통 모드 전압(VCM), 출력 신호의 차동 전압(AT), 및 트랜지스터의 임계값(VTHP)에 기초하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(130)는
Figure pat00012
로 제2 트랜지스터 페어(722)에 대한 제2 바이어스 전압(VPC)의 크기를 결정할 수 있다. 바이어스 생성기(130)는 제2 트랜지스터 페어(722)에 대한 제2 바이어스 전압(VPC)을 상술한 수식에 기초하여 결정함으로써, 발진기 회로(120)의 피모스 트랜지스터를 포화 영역에서 동작시킬 수 있다.
송신 경로 회로(440)는 전류원 스위치(M1)(448), 공진 스위치(M6)(449), 및 지연 회로(443)를 포함할 수 있다. 전류원 스위치(M1)(448), 공진 스위치(M6)(449), 및 지연 회로(443)의 동작은 도 4에서 상술한 바와 유사할 수 있다. 공진 스위치(M6)(449)의 양단은 외부로 송신되는 신호에 대응하는 차동 전압에 대응할 수 있다. 예를 들어, 공진 스위치(M6)(449)의 일단의 전압은 Voutp+VCM일 수 있고, 다른 일단의 전압은 Voutn+VCM일 수 있다.
또한, 송신 스위치(SWTX)는 송신 모드 진입에 응답하여, 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 소스 노드에 커패시터를 연결시킬 수 있다. 이 때, 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 소스 노드는 커패시터를 통해 접지와 연결될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 무선 통신 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
예를 들어, 도 8은 도 7에 도시된 무선 통신 장치가 송신 모드에 진입하면서 미리 정한 지연 시간(
Figure pat00013
) 동안 지연하여 생성한 지연된 송신 대상 신호(VDATA _D)를 이용하여 발진기 회로의 바이어스 신호(VBIASN, VBIASP)을 제어하는 타이밍도(800)를 설명한다. 도 8의 타이밍도에서, 송신 대상 신호(VDATA), 전류 제어 신호(VIQWG), 전압 제어 신호(VVQWG) 및 지연된 송신 대상 신호(VDATA_D)는 도 5와 동일할 수 있다.
무선 통신 장치는 지연된 송신 대상 신호(VDATA _D)에 따라, 제1 트랜지스터 페어로 공급되는 바이어스 신호(VBIASN)의 바이어스 전압 및 제2 트랜지스터 페어로 공급되는 바이어스 신호(VBIASP)의 바이어스 전압을 생성할 수 있다.
제1 트랜지스터 페어 및 제2 트랜지스터 페어의 트랜지스터(M2, M3, M4, M5)는 송신 모드 진입 후 전이 상태 구간(transient state interval)(t'1) 동안 제1 바이어스 전압(VA, VPA)을 제1 트랜지스터 페어 및 제2 트랜지스터 페어에 인가하고, 전이 상태 구간(t'1)이 경과한 후의 정상 상태 구간(steady state interval)(t'2) 동안 제2 바이어스 전압(VC, VPC)을 제1 트랜지스터 페어 및 제2 트랜지스터 페어에 인가할 수 있다.
따라서, 무선 통신 장치는 발진기 회로의 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터 페어는 전이 상태 구간(t'1) 동안 스타트업할 수 있고, 정상 상태 구간(t'2) 동안 정상적인 크기로 외부로 송신되는 신호를 생성하도록 동작할 수 있다. 여기서, 외부로 송신되는 신호 VTX는 Voutp -Voutn으로 나타낼 수 있다. 무선 통신 장치는 송신 대상 신호(VDATA)가 하이인 초기 구간 동안, 발진기 회로를 클래스 A, 클래스 B 및 클래스 AB 중 하나로 동작시킬 수 있다.
발진 구간 비율 T=t'2/(t'1+t'2)로 나타낼 수 있다. 발진 구간 비율이 증가할 수록, 전이 상태 구간(t'1)이 최소화되는 바, 출력 효율이 개선될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치는 신호 상태 등에 따라 발진 구간 비율을 동적으로 조절할 수도 있다.
도 9는 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 회로도를 도시한 도면이다.
보다 구체적으로, 도 9는 도 2에 도시된 무선 통신 장치의 회로도를 도시한 도면이다. 안테나(110)는 커패시터(CRES), 인덕터(LRES) 및 커패시터 뱅크 등을 포함할 수 있다.
발진기 회로(120)는 2개의 트랜지스터(M2, M3)로 구성되는 트랜지스터 페어를 포함할 수 있다.
송신 경로 회로(440)는 송신 인가 신호(TXEN)에 따라 송신 대상 신호(VDATA) 및 퀀칭 클럭 신호(QWGCLK) 중 하나에 기초하여, 전압 제어 신호(VVQWG) 및 전류 제어 신호(VIQWG)를 생성할 수 있다. 송신 경로 회로(440)는 전압 제어 신호(VVQWG)에 기초하여 공진 스위치(M6)(449)를 제어하고, 전류 제어 신호(VIQWG)에 기초하여 전류원 스위치(M1)(448)를 제어할 수 있다. 또한, 송신 경로 회로(440)는 송신 대상 신호(VDATA)를 지연시키는 지연 회로(443)도 포함할 수 있다.
바이어스 생성기 회로(930)는 무선 통신 장치의 동작 모드 및 동작 속도에 따라 선택되는 멀티플렉서의 출력 신호로써 바이어스 신호(VBIASN)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 생성기 회로(930)는 송신 모드에 응답하여, 바이어스 신호(VBIASN)가
Figure pat00014
가 되도록 결정할 수 있다. VDD는 무선 통신 장치로 공급되는 공급 전원의 전압을 나타낼 수 있고, AT는 외부로 송신되는 신호의 진폭 크기, VTHN은 발진기 회로(120)에 포함된 트랜지스터(M2, M3)의 임계 전압을 나타낼 수 있다.
도 9에서 회로의 나머지 부분에 대한 설명은 도 1 내지 도 8에서 상술한 바와 유사할 수 있다.
도 10 및 도 11는 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 무선 통신 방법을 간략히 설명하는 흐름도이다.
우선, 단계(1010)에서 무선 통신 장치는 인가 신호에 응답하여, 바이어스 신호를 조절함으로써 안테나와 연결된 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 동작 영역을 결정할 수 있다.
그리고 단계(1020)에서 무선 통신 장치는 결정된 동작 영역에서 동작하는 트랜지스터를 포함하는 발진기 회로가 안테나에 의해 결정되는 발진 주파수에 대응하는 발진 신호를 안테나를 이용하여 생성할 수 있다.
도 11는 무선 통신 방법을 보다 상세히 설명하는 흐름도이다.
우선, 단계(1110)에서 무선 통신 장치는 대기할 수 있다. 예를 들어, 무선 통진 장치는 모드가 결정될 때까지 대기할 수 있다.
그리고 단계(1120)에서 무선 통신 장치는 송신 모드 또는 수신 모드인 지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치는 송신 인가 신호에 기초하여, 모드를 결정할 수 있다.
이어서 단계(1130)에서 무선 통신 장치는 송신 모드 진입에 응답하여, 발진기에 C 클래스에 대응하는 바이어스 신호를 인가할 수 있다.
그리고 단계(1140)에서 무선 통신 장치는 고효율 빠른 스타트업이 설정되어 있는지 여부를 판단할 수 있다.
이어서 단계(1150)에서 무선 통신 장치는 빠른 스타트업이 설정된 경우, 바이어스 신호를 동적으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 단계(1151)에서 무선 통신 장치는 발진기가 AB 클래스로 동작하도록 바이어스 신호를 인가할 수 있다. 이후 단계(1152)에서 무선 통신 장치는 송신 대상 신호를 지연시키다가, 단계(1153)에서 발진기가 C 클래스로 동작하도록 바이어스 신호를 조절할 수 있다.
그리고 단계(1160)에서 무선 통신 장치는 송신 경로를 동작시킴으로써, 송신 대상 신호를 외부로 송신할 수 있다.
또한, 단계(1180)에서 무선 통신 장치는 수신 모드 진입에 응답하여, 발진기에 AB 클래스에 대응하는 바이어스 신호를 인가할 수 있다.
이후 무선 통신 장치는 수신 경로를 동작시킴으로써, 외부로부터 신호를 수신할 수 있다. 다만, 무선 통신 장치의 동작은 도 10 및 도 11에 도시된 바로 한정되지 않고, 도 1 내지 도 9에서 상술한 동작들과 결합될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 무선 통신 장치는 송신 모드에서는 높은 출력 및 높은 전력 효율의 특성을 나타낼 수 있고, 수신 모드에서는 높은 신호 이득 및 낮은 전력의 특성을 나타낼 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 무선 통신 장치
110: 안테나
120: 발진기
130: 바이어스 생성기

Claims (20)

  1. 무선 통신 장치에 있어서,
    안테나(antenna);
    상기 안테나에 의해 결정되는 발진 주파수(oscillation frequency)에 대응하는 발진 신호(oscillation signal)를 상기 안테나를 이용하여 생성하는 발진기 회로(oscillator circuit); 및
    인가 신호(enable signal)에 응답하여, 바이어스 신호를 조절함으로써 상기 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 동작 영역을 변경하는 바이어스 생성기 회로(bias generator circuit)
    를 포함하는 무선 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    수신 모드 동안 제1 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가하고, 송신 모드 동안 상기 제1 바이어스 전압과 다른 제2 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가하는,
    무선 통신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    상기 송신 모드의 전이 상태 구간(transient state interval) 동안 상기 제1 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가하고, 상기 전이 상태 구간이 경과한 후의 정상 상태 구간(steady state interval) 동안 상기 제2 바이어스 전압을 상기 트랜지스터에 인가하는,
    무선 통신 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    지연된 송신 대상 신호에 응답하여, 상기 제2 바이어스 전압을 상기 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터의 게이트 노드에 인가하는,
    무선 통신 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    상기 제2 바이어스 전압의 크기를, 출력 신호의 공통 모드 전압, 상기 출력 신호의 차동 전압, 및 트랜지스터의 임계값에 기초하여 결정하는,
    무선 통신 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    상기 제1 바이어스 전압의 크기를, 출력 신호의 공통 모드 전압에 기초하여 결정하는,
    무선 통신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    송신 모드 동안, 상기 안테나에 흐르는 전류가 기본 주파수(fundamental frequency)을 가지도록 상기 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터를 포화 영역에서 동작시키는,
    무선 통신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    상기 발진기 회로를 구성하는 트랜지스터가 깊은 선형 영역(deep triode region)에서 동작하는 것을 방지하는,
    무선 통신 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    제2 바이어스 전압의 평균값이 트랜지스터의 드레인 전압의 평균값보다 크도록 상기 바이어스 신호를 결정하여, 상기 바이어스 신호를 상기 발진기 회로로 공급하는,
    무선 통신 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 생성기 회로는,
    상기 발진기 회로에 포함된 상기 트랜지스터의 게이트 노드에 상기 바이어스 신호를 인가하는,
    무선 통신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는,
    커패시터(capacitor) 및 인덕터(inductor)
    를 포함하는 무선 통신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    커패시턴스 값이 가변 가능한 커패시터 뱅크
    를 포함하는 무선 통신 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 발진기 회로는,
    송신 대상 신호를 송신할 때마다 전이 상태 구간(transient state interval) 동안 제1 바이어스 전압에 기초하여 동작하고, 정상 상태 구간(steady state interval) 동안 제2 바이어스 전압에 기초하여 동작하는,
    무선 통신 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는,
    송신 모드 진입에 응답하여, 상기 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 소스 노드에 커패시터를 연결시키는 송신 스위치
    를 더 포함하는 무선 통신 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 발진기 회로는,
    서로 연결된 2개의 트랜지스터, 상기 2개의 트랜지스터들 중 하나의 트랜지스터의 게이트 노드와 다른 트랜지스터의 드레인 노드 사이에 연결되는 커패시터, 및 상기 2개의 트랜지스터들 중 하나의 트랜지스터의 게이트 노드와 다른 트랜지스터의 게이트 노드 사이에 연결되는 저항을 포함하는 트랜지스터 페어
    를 포함하는 무선 통신 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 발진기 회로는,
    저항 및 커패시터를 통해 발진 가능하도록 상호 연결된 2개의 엔모스 트랜지스터(NMOS transistor)로 구성되는 제1 트랜지스터 페어; 및
    저항 및 커패시터를 통해 발진 가능하도록 상호 연결된 2개의 피모스 트랜지스터(PMOS transistor)로 구성되는 제2 트랜지스터 페어
    를 포함하는 무선 통신 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는,
    송신 모드 진입에 응답하여, 송신 대상 신호를 지연(delay)시킴으로써 생성된 상기 지연된 송신 대상 신호를 바이어스 생성기 회로로 제공하는 지연 회로(delay circuit)
    를 더 포함하는 무선 통신 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는,
    송신 대상 신호에 응답하여, 상기 안테나의 양단을 스위칭하는 공진 스위치(resonance switch); 및
    상기 송신 대상 신호에 응답하여, 상기 발진기 회로로의 전류 흐름을 스위칭하는 전류원 스위치(current source switch)
    를 더 포함하는 무선 통신 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는,
    송신 모드 동안 상기 송신 대상 신호에 기초하여 상기 공진 스위치 및 상기 전류원 스위치를 제어하고,
    수신 모드 동안 퀀칭 클럭 신호(quenching clock signal)에 기초하여 상기 공진 스위치 및 상기 전류원 스위치를 제어하는,
    무선 통신 장치.
  20. 무선 통신 방법에 있어서,
    인가 신호에 응답하여, 바이어스 신호를 조절함으로써 안테나와 연결된 발진기 회로에 포함되는 트랜지스터의 동작 영역을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 동작 영역에서 동작하는 트랜지스터를 포함하는 발진기 회로가 상기 안테나에 의해 결정되는 발진 주파수에 대응하는 발진 신호를 상기 안테나를 이용하여 생성하는 단계
    를 포함하는 무선 통신 방법.
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